扁平形非水電解質二次電池
【課題】 重負荷放電特性が優れた扁平形非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】 負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも、導電性を有する構成材の片面または両面に作用物質含有層が形成された正極板と負極板とがセパレータを介し多層積層されて対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質とを内包しており、電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面数が少なくとも５面であり、かつ前記対向面の面積が、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きいことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池により、前記課題を解決する。
【解決手段】 負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも、導電性を有する構成材の片面または両面に作用物質含有層が形成された正極板と負極板とがセパレータを介し多層積層されて対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質とを内包しており、電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面数が少なくとも５面であり、かつ前記対向面の面積が、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きいことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池により、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形非水電解質二次電池に関するものであり、特に、重負荷放電特性の向上した扁平形非水電解質二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極作用物質にＭｎＯ２やＶ２Ｏ５などの金属酸化物、フッ化黒鉛などの無機化合物、またはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物を用い、負極に金属リチウム、リチウム合金、ポリアセン構造体などの有機化合物、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料、またはチタン酸リチウムやリチウム含有珪素酸化物のような酸化物を用い、電解質にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトンなどの非水溶媒にＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２ 、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などの支持塩を溶解した非水電解質を用いたコイン形やボタン形などの電池総高に対して電池最外径が長い扁平形非水電解質二次電池は既に商品化されており、放電電流が数〜数十μＡ程度の軽負荷で放電が行われるＳＲＡＭやＲＴＣのバックアップ用電源や電池交換不要腕時計の主電源といった用途に適用されている。
【０００３】
これらのコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は、一般に図２に示したような構造を有している。すなわち、負極端子を兼ねる金属製の負極ケース５と正極端子を兼ねる金属製の正極ケース１とが絶縁ガスケット６を介して嵌合され、さらに正極ケース１が加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に絶縁ガスケット６の開口径より一回り直径が小さいタブレット状の正極２および負極４が、それぞれ１枚ずつ、非水電解質を含浸させた単層または多層のセパレータ３を介して対向配置された構造である。
【０００４】
上述のコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は製造が簡便であり、量産性に優れ、長期信頼性や安全性に優れるという長所を持っている。また、構造が簡便であることから、これらの電池の最大の特徴として小型化が可能であることが挙げられる。
【０００５】
一方、携帯電話やＰＤＡなどの小型情報端末を中心に使用機器の小型化が加速されており、これに伴い主電源である二次電池についても小形化を図ることが必須とされている。従来、これらの電源には正極作用物質にコバルト酸リチウムなどのリチウム含有酸化物、負極に炭素質材料を用いたリチウムイオン二次電池や、正極作用物質にオキシ水酸化ニッケル、負極作用物質に水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池などのアルカリ二次電池が使用されてきたが、これらの電池は金属箔または金属ネットからなる集電体に作用物質層を塗布または充填し電極を形成後、電極中心部にタブ端子を溶接し、その後、巻回または積層して電極群とし、さらに電極群の中心部から取り出したタブ端子を複雑に曲げ加工を行い、安全素子や封口ピン、電池缶などに溶接して電池を製作していた。
【０００６】
上述したようにこれらの電池は、複雑な製造工程を経て製作されるために作業性が劣り、また部品の小型化も困難であり、さらに、タブ端子のショート防止に電池内に空間を設けたり、安全素子などの多数の部品を電池内に組込む必要があり、電池の小型化に際しても現状ではほぼ限界に達していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明者らは電池の小型化に際し円筒形や角形のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池の小型化ではなく、前段に述べた扁平形非水電解質二次電池の高出力を図ることを試みた。まず、本発明者らは、正極作用物質に高容量で高電位なコバルト酸リチウムを、負極作用物質に高容量で電圧平坦性の良好な黒鉛化した炭素質材料をそれぞれ使用し、従来の扁平形非水電解質二次電池の製造や構造に従い、正極および負極をガスケットより一回り小さいタブレット状に成形加工して電池を作製した。
【０００８】
しかしながら、このように作製された電池は、従来の扁平形非水電解質二次電池に比べて優れた特性は得られたものの、小型携帯機器の主電源として要求される大電流で放電した場合の特性に対しては遥かに不十分であり、小型携帯機器の主電源としては到底満足できるレベルではなかった。
【０００９】
小型の扁平形非水電解質二次電池の重負荷放電特性を如何にして従来にないレベルまで引き上げるかが本発明の課題であり、重負荷放電特性が格段に優れた扁平形非水電解質二次電池を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは前述の扁平形非水電解質二次電池の重負荷放電特性の向上に関し鋭意研究を重ねた結果、従来の扁平形非水電解質二次電池に比べて電極面積を格段に大きくすることで重負荷放電特性が飛躍的に向上することを見出した。
【００１１】
すなわち、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも、正極板と負極板とがセパレータを介して対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質とを内包した扁平形非水電解質二次電池において、前記電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積（以下、「正負極の対向面積」や、単に「対向面積」と省略する場合がある。）を、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きくすることで、重負荷放電特性が著しく優れた扁平形非水電解質二次電池を提供できることを見出した。
【００１２】
重負荷放電特性を向上させるためには電極面積を増大させることが有効であると推察されるが、従来の扁平形非水電解質二次電池ではタブレット状の正極および負極をそれぞれ１枚ずつ絶縁ガスケットに内接する形で電池内に収容していたため、正負極がセパレータを介して対向する対向面積はどうしても絶縁ガスケットの開口面積より一回りほど小さくせざるを得なかった。ガスケットを肉薄にするなどして多少の電極面積の拡大を図ることは可能であるが、ガスケットの開口面積を上回るような対向面積を持つ電極を電池内に収納することは理論的に不可能であった。
【００１３】
そこで、本発明者らは従来技術からの大胆な発想の転換を図り、コイン形やボタン形などの非常に小さな扁平形電池の電池ケース内に電極を多層配置することで、電極群内の正負極の対向面積の総和が絶縁ガスケットの開口面積よりも大きな電極群を収納することを可能にした。つまり、円筒形や角形などの容積の大きな二次電池では数十層を有する電極を収納している例があるが、これらの電池は前述のように構造が複雑であり、そのままの電池の電池構造をコイン形やボタン形などの小型の扁平形非水電解質二次電池に適用することは困難であった。また、たとえ適用したとしても小型であることや生産性に優れるといった扁平形非水電解質二次電池の利点を維持することは不可能であるため、コイン形やボタン形などの小型の扁平形非水電解質二次電池に絶縁ガスケットの開口面積よりも大きな正負極の対向面積を有する電極群を収納しようという取組みは過去にされなかった。
【００１４】
以下、如何にして本発明者らが本発明の扁平形非水電解質二次電池を実現したかを説明する。まず、正負極の対向面積がガスケットの開口面積より大きな電極を扁平形非水電解質二次電池内に収納する形態については種々の形態が考えられるが、その中で扁平形電池の扁平面に対して平行に正負極対向部を持つように電極を積層した電極群として収納することが好ましいことが分かった。なぜなら、優れた重負荷放電特性を得るためには、電極面積を極力大きくとることと、部品点数を極力減らし、小さな電池内のスペースを有効に活用し、電極群と放電に必要な量の非水電解質を電池内に収納する必要があり、上記のような扁平面に対して平行に正負極対向部を持つように電極を積層した電極群とするような収納方法、例えば正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層とがセパレータを介して対向している正負極対向面を少なくとも５面有する電極群とするような収納方法とすることでこれらを実現できることが分かった。また、この収納方法によると電極を除く電池の組立方法が従来のタブレット状電極を用いた扁平形電池の製造方法に近く、従来の生産設備の一部流用が可能である上、生産性やコストといった実用面においても優れており量産する上でも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、扁平形電池の持つ電池サイズが小さく、かつ生産性に優れるという利点を維持したまま、重負荷放電時の放電容量が従来の電池に対し格段に大きくすることができるので、工業的価値の優れた扁平形非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】参考例１の扁平形非水電解質二次電池の断面図である。
【図２】比較例１の扁平形非水電解質二次電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の電池において、実際に電極群を作製、収納する方法については、電極の一部に通電部を設けた正極板および負極板を用意し、セパレータを介して正極板および負極板を積層する際に、正極板の通電部がセパレータの配置されている箇所よりも外側に露出し、負極板の通電部が、正極板の通電部が露出している位置に対向する位置において、セパレータの配置されている箇所よりも外側に露出する形で積層した後、正極は正極同士、負極は負極同士おのおのの通電部を溶接などの方法により電気的に接続し電極群を形成し、電池内に収納する方法が好ましい。正極板の通電部と負極板の通電部とを上記のように配置することで、コイン形やボタン形などの小さな扁平形非水電解質二次電池においても、正極板の通電部と負極板の通電部との接触による内部ショートを防止できる。
【００１８】
次に、電極群と外部端子を兼ねる電池金属ケースとの接続方法について説明する。前述したように、円筒形や角形などの比較的大きなリチウムイオン二次電池では電極群の中心部や巻き芯部にタブ端子を溶接してそれを曲げ加工して安全素子や封口ピンに溶接し集電を行っている。しかしながら、曲げ工程は工程自体が複雑なために生産性に劣る上、内部ショートを防止するため電池内に空間を持たせたり、電極群との間に絶縁板を挿入する必要があった。また、タブ端子を電極に溶接している部分に応力が加わるとセパレータを突き破ったり、電極の変形が起こるため絶縁テープで保護したり、巻き芯部に空間を設ける必要があり、電池の内容積を有効に使用することはできなかった。そのため、電池の内容積が小さなコイン形やボタン形の扁平形非水電解質二次電池ではこれらの集電方法は適用できず、新たな集電方法を考案する必要があった。
【００１９】
そこで、本発明者らは電極群の最外部に位置する正極板において、導電性を有する正極構成材を露出させ、電極群の最外部に位置する負極板において、導電性を有する負極構成材を露出させた形状を持つ電極群を作製し、おのおのの電極構成材を正極および負極の電池ケースに接触させることにより、電極群と電池ケースとの集電を確保することを見出した。この方法によれば、電極群と電池ケースとの間に無駄な空間や絶縁板を設ける必要もなく、放電容量を増やすことができる。また、電池ケースや電極とタブ端子がショートを起こすこともなく、安全性や信頼性も優れている。
【００２０】
更に、本発明のような封口構造を持つ扁平形電池では、電池ケースの加締め加工によって負極ケースと正極ケースの扁平面に対して垂直方向に応力が加わっており、本集電方法によると電極群の平面方向に均一な加圧力が加わり、充放電を円滑に行うことができる。なお、電極群の電極構成材露出部と電極ケースの接触は直接、接していてもよいし、金属箔や金属ネット、金属粉末、炭素フィラー、導電性塗料などを介して電気的に間接的に接していてもよい。
【００２１】
電極については正極板、負極板とも、従来の顆粒合剤の成形方式や金属ネットや発泡ニッケルなどの金属基板に合剤を充填する方法を用いてもよいが、肉薄電極の作製が行い易いという点で金属箔にスラリー状の合剤を塗布、乾燥したものがよく、さらにそれを圧延したものを用いることもできる。上記のような金属箔に作用物質を含む合剤層を塗工した電極を用いる場合は、電極群の内部に用いる電極は金属箔の両面に作用物質含有層を形成したものを用いることが、容積効率の上から好ましく、電極群の両端の電池ケースに接触する電極構成材露出部については作用物質含有層でも構わないが、接触抵抗を低減させるために電極構成材のうち、特に金属箔を露出させることが好ましい。これに関してはこの部分に限り片面にのみ作用物質含有層を形成した電極を用いてもよいし、一旦両面に作用物質含有層を形成した後、片面のみ作用物質含有層を除去してもよい。
【００２２】
一方、本発明の電池は電極を含めた電池の構造に主点をおいたものであり、正極作用物質については限定されるものではなく、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＴｉ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＦｅ２Ｏ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、Ｌｉ０．３３ＭｎＯ２、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの金属酸化物；フッ化黒鉛；ＦｅＳ２などの無機化合物；ポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物；など、あらゆるものが適用可能である。ただし、この中でも、作動電位が高くサイクル特性に優れるという点で、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムやそれらの混合物、それらの元素の一部を他の金属元素で置換したリチウム含有酸化物がより好ましく、長期間に亘り使用されることもある扁平形非水電解質二次電池においては、高容量で電解液や水分との反応性が低く化学的に安定であるという点で、コバルト酸リチウムがさらに好ましい。
【００２３】
また、本発明の電池の負極作用物質については限定されるものではなく、金属リチウム；Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｉｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｇｅ、Ｌｉ−Ｂｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどのリチウム合金；ポリアセン構造体などの有機化合物；リチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料；Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＴｉ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２やＬｉ含有珪素酸化物やＬｉ含有錫酸化物のような酸化物；Ｌｉ３Ｎのような窒化物；など、あらゆるものが適用可能であるが、サイクル特性に優れ、作動電位が低く、高容量であるという点で、Ｌｉを吸蔵、放出可能な炭素質材料が好ましく、特に放電末期においても電池作動電圧の低下が少ないという点で、天然黒鉛や人造黒鉛、膨張黒鉛、メソフェーズピッチ焼成体、メソフェーズピッチ繊維焼成体などの、ｄ００２の面間隔が０．３３８ｎｍ以下の黒鉛構造が発達した炭素質材料がより好ましい。
【００２４】
なお、これまで、本発明の電池について、主としてコイン形やボタン形などの電池総高に対して電池最外径が長い扁平形電池について説明したが、本発明電池はこれのみに限定するものではなく、小判形や角形などの特殊形状を有する扁平形電池も本発明の電池に包含される。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例および比較例について詳細に説明する。
【００２６】
（参考例１）
参考例１の電池の製造方法を図１の断面図を参照して説明する。
【００２７】
まず、ＬｉＣｏＯ２ １００質量部に対し、導電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデン５質量部を加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次に、この正極合剤を、正極集電体２ａである厚さ０．０２ｍｍのアルミニウム箔の片面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、アルミニウム箔表面に正極作用物質含有層２ｂを形成した。以後、作用物質含有層の塗膜厚さが０．３９ｍｍとなるまで塗工、乾燥を繰り返し、片面塗工正極板を作製した。次に、この片面塗工正極板と同様の方法によりアルミニウム箔の両面に正極作用物質含有層の塗膜厚さが片面当たり０．３９ｍｍとなるように両面塗工し正極板を作製した。
【００２８】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、それぞれ２．５質量部添加し、イオン交換水で希釈、混合してスラリー状の負極合剤を得た。この負極合剤を負極集電体４ａである厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層４ｂの厚さが０．３９ｍｍとなるように正極の場合と同様に塗工、乾燥を繰り返し実施し、片面塗工負極板を作製した。次に、この片面塗工負極板と同様の方法により銅箔の両面に負極作用物質含有層の塗膜厚さが片面当たり０．３９ｍｍとなるように両面塗工負極板を作製した。
【００２９】
これらの電極を幅１３ｍｍ、長さ１３ｍｍの正方形の一辺に幅６ｍｍ、長さ２ｍｍの張り出し部が付いた形状に切り出し、次にこの張り出し部に形成された作用物質含有層をこそげ落とし、アルミニウム層または銅層をむき出しとして通電部とし、幅１３ｍｍ、長さ１３ｍｍの作用物質含有層が形成された両面および片面塗工の正極板並びに負極板を作製した。
【００３０】
次に、片面塗工正極板の正極作用物質含有層形成部に、厚さ２５μｍのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介し両面塗工負極板を通電部が先の正極板と対向する位置に設置し、さらに、セパレータ３を介し、両面塗工正極板を通電部が先の正極板と同方向に向くように設置し、さらにセパレータ３を介し、このセパレータ面に負極作用物質含有層４ｂが接するように片面塗工負極板の通電部が先の負極板と同方向に向くように設置し、正極板の通電部および負極板の通電部をそれぞれ溶接して、電極群を作製した。
【００３１】
作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、開口径が２０ｍｍであり、開口面積が３．１４ｃｍ２である絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース５の内底面に、電極群の片面塗工負極板の未塗工側（すなわち、負極集電体４ａ）が接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた非水電解質を注液し、さらに電極群の片面塗工正極板の未塗工側（すなわち正極集電体２ａ）に接するようにステンレス製の正極ケース１を嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、封口して、厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの参考例１の扁平形非水電解質二次電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計３面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は５．１ｃｍ２である。
【００３２】
（実施例２）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．２２ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ２枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計５面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は８．５ｃｍ２である。
【００３３】
（実施例３）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．１５ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ３枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計７面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１１．８ｃｍ２である。
【００３４】
（実施例４）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．１１ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ４枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計９面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１５．２ｃｍ２でである。
【００３５】
（比較例１）
ＬｉＣｏＯ２ １００質量部に対し導電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部と加え、結着剤としてポリ４フッ化エチレン５質量部を加え、混合後、粉砕して、顆粒状の正極合剤を得た。次にこの正極顆粒合剤を、直径１９ｍｍ、厚さ１．１５ｍｍに加圧成形を行い、正極タブレットとした。
【００３６】
次に黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてＳＢＲとＣＭＣとを、それぞれ２．５質量部を添加、混合し、乾燥後、さらに粉砕して顆粒状の負極合剤を得た。この負極顆粒合剤を、直径１９ｍｍ、厚さ１．１５ｍｍに加圧成形し、負極タブレットとした。
【００３７】
次に、これらの正負極タブレットを８５℃で１２ｈ乾燥した後、開口面積３．１４ｃｍ２の絶縁ガスケットを一体化した負極ケースに負極タブレット、ポリプロピレンからなる厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン不織布、正極タブレットの順に配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた非水電解質を注液し、さらにステンレス製の正極ケースを嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの比較例１の扁平形非水電解質二次電池を作製した。この電池のセパレータを介した正負極対向面の面数は１面であり、正負極の対向面積の総和は２．８ｃｍ２である。
【００３８】
（比較例２）
電極群内の正極板および負極板が片面塗工電極板のみであり、作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ１．２４ｍｍであること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計１面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１．７ｃｍ２である。
【００３９】
以上の通り作製した本実施例、参考例および比較例の電池について、４．２Ｖ、３ｍＡの定電流定電圧で４８ｈ初充電を実施した。その後、３０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を実施し重負荷放電容量を求めた。その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１より明らかであるが、本実施例の各電池は比較例１の従来の顆粒合剤成形法により作製したタブレット状の電極を用いた正負極の対向面積がガスケットの開口面積よりも小さい電池や比較例２の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面が１面しかなく、対向面積が小さい電池に比べて、著しく重負荷放電時の放電容量が大きい。
【００４２】
なお、本発明の実施例では、非水電解質に非水溶媒を用いた扁平形非水溶媒二次電池を用いて説明したが、非水電解質にポリマー電解質を用いたポリマー二次電池や固体電解質を用いた固体電解質二次電池についても当然適用可能であり、樹脂製セパレータの代わりにポリマー薄膜や固体電解質膜を用いることも可能である。また、電池形状については正極ケースの加締め加工により封口するコイン形非水電解質をもとに説明したが、正負極電極を入れ替え、負極ケースの加締め加工により封口することも可能である。さらに、電池形状についても真円である必要はなく小判形や角形などの特殊形状を有する扁平形非水電解質二次電池においても適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 正極ケース
２ 正極
２ａ 正極集電体
２ｂ 正極作用物質含有層
３ セパレータ
４ 負極
４ａ 負極集電体
４ｂ 負極作用物質含有層
５ 負極ケース
６ 絶縁ガスケット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形非水電解質二次電池に関するものであり、特に、重負荷放電特性の向上した扁平形非水電解質二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極作用物質にＭｎＯ２やＶ２Ｏ５などの金属酸化物、フッ化黒鉛などの無機化合物、またはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物を用い、負極に金属リチウム、リチウム合金、ポリアセン構造体などの有機化合物、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料、またはチタン酸リチウムやリチウム含有珪素酸化物のような酸化物を用い、電解質にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトンなどの非水溶媒にＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２ 、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などの支持塩を溶解した非水電解質を用いたコイン形やボタン形などの電池総高に対して電池最外径が長い扁平形非水電解質二次電池は既に商品化されており、放電電流が数〜数十μＡ程度の軽負荷で放電が行われるＳＲＡＭやＲＴＣのバックアップ用電源や電池交換不要腕時計の主電源といった用途に適用されている。
【０００３】
これらのコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は、一般に図２に示したような構造を有している。すなわち、負極端子を兼ねる金属製の負極ケース５と正極端子を兼ねる金属製の正極ケース１とが絶縁ガスケット６を介して嵌合され、さらに正極ケース１が加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に絶縁ガスケット６の開口径より一回り直径が小さいタブレット状の正極２および負極４が、それぞれ１枚ずつ、非水電解質を含浸させた単層または多層のセパレータ３を介して対向配置された構造である。
【０００４】
上述のコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は製造が簡便であり、量産性に優れ、長期信頼性や安全性に優れるという長所を持っている。また、構造が簡便であることから、これらの電池の最大の特徴として小型化が可能であることが挙げられる。
【０００５】
一方、携帯電話やＰＤＡなどの小型情報端末を中心に使用機器の小型化が加速されており、これに伴い主電源である二次電池についても小形化を図ることが必須とされている。従来、これらの電源には正極作用物質にコバルト酸リチウムなどのリチウム含有酸化物、負極に炭素質材料を用いたリチウムイオン二次電池や、正極作用物質にオキシ水酸化ニッケル、負極作用物質に水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池などのアルカリ二次電池が使用されてきたが、これらの電池は金属箔または金属ネットからなる集電体に作用物質層を塗布または充填し電極を形成後、電極中心部にタブ端子を溶接し、その後、巻回または積層して電極群とし、さらに電極群の中心部から取り出したタブ端子を複雑に曲げ加工を行い、安全素子や封口ピン、電池缶などに溶接して電池を製作していた。
【０００６】
上述したようにこれらの電池は、複雑な製造工程を経て製作されるために作業性が劣り、また部品の小型化も困難であり、さらに、タブ端子のショート防止に電池内に空間を設けたり、安全素子などの多数の部品を電池内に組込む必要があり、電池の小型化に際しても現状ではほぼ限界に達していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明者らは電池の小型化に際し円筒形や角形のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池の小型化ではなく、前段に述べた扁平形非水電解質二次電池の高出力を図ることを試みた。まず、本発明者らは、正極作用物質に高容量で高電位なコバルト酸リチウムを、負極作用物質に高容量で電圧平坦性の良好な黒鉛化した炭素質材料をそれぞれ使用し、従来の扁平形非水電解質二次電池の製造や構造に従い、正極および負極をガスケットより一回り小さいタブレット状に成形加工して電池を作製した。
【０００８】
しかしながら、このように作製された電池は、従来の扁平形非水電解質二次電池に比べて優れた特性は得られたものの、小型携帯機器の主電源として要求される大電流で放電した場合の特性に対しては遥かに不十分であり、小型携帯機器の主電源としては到底満足できるレベルではなかった。
【０００９】
小型の扁平形非水電解質二次電池の重負荷放電特性を如何にして従来にないレベルまで引き上げるかが本発明の課題であり、重負荷放電特性が格段に優れた扁平形非水電解質二次電池を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは前述の扁平形非水電解質二次電池の重負荷放電特性の向上に関し鋭意研究を重ねた結果、従来の扁平形非水電解質二次電池に比べて電極面積を格段に大きくすることで重負荷放電特性が飛躍的に向上することを見出した。
【００１１】
すなわち、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと正極端子を兼ねる金属製の正極ケースとが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも、正極板と負極板とがセパレータを介して対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質とを内包した扁平形非水電解質二次電池において、前記電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積（以下、「正負極の対向面積」や、単に「対向面積」と省略する場合がある。）を、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きくすることで、重負荷放電特性が著しく優れた扁平形非水電解質二次電池を提供できることを見出した。
【００１２】
重負荷放電特性を向上させるためには電極面積を増大させることが有効であると推察されるが、従来の扁平形非水電解質二次電池ではタブレット状の正極および負極をそれぞれ１枚ずつ絶縁ガスケットに内接する形で電池内に収容していたため、正負極がセパレータを介して対向する対向面積はどうしても絶縁ガスケットの開口面積より一回りほど小さくせざるを得なかった。ガスケットを肉薄にするなどして多少の電極面積の拡大を図ることは可能であるが、ガスケットの開口面積を上回るような対向面積を持つ電極を電池内に収納することは理論的に不可能であった。
【００１３】
そこで、本発明者らは従来技術からの大胆な発想の転換を図り、コイン形やボタン形などの非常に小さな扁平形電池の電池ケース内に電極を多層配置することで、電極群内の正負極の対向面積の総和が絶縁ガスケットの開口面積よりも大きな電極群を収納することを可能にした。つまり、円筒形や角形などの容積の大きな二次電池では数十層を有する電極を収納している例があるが、これらの電池は前述のように構造が複雑であり、そのままの電池の電池構造をコイン形やボタン形などの小型の扁平形非水電解質二次電池に適用することは困難であった。また、たとえ適用したとしても小型であることや生産性に優れるといった扁平形非水電解質二次電池の利点を維持することは不可能であるため、コイン形やボタン形などの小型の扁平形非水電解質二次電池に絶縁ガスケットの開口面積よりも大きな正負極の対向面積を有する電極群を収納しようという取組みは過去にされなかった。
【００１４】
以下、如何にして本発明者らが本発明の扁平形非水電解質二次電池を実現したかを説明する。まず、正負極の対向面積がガスケットの開口面積より大きな電極を扁平形非水電解質二次電池内に収納する形態については種々の形態が考えられるが、その中で扁平形電池の扁平面に対して平行に正負極対向部を持つように電極を積層した電極群として収納することが好ましいことが分かった。なぜなら、優れた重負荷放電特性を得るためには、電極面積を極力大きくとることと、部品点数を極力減らし、小さな電池内のスペースを有効に活用し、電極群と放電に必要な量の非水電解質を電池内に収納する必要があり、上記のような扁平面に対して平行に正負極対向部を持つように電極を積層した電極群とするような収納方法、例えば正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層とがセパレータを介して対向している正負極対向面を少なくとも５面有する電極群とするような収納方法とすることでこれらを実現できることが分かった。また、この収納方法によると電極を除く電池の組立方法が従来のタブレット状電極を用いた扁平形電池の製造方法に近く、従来の生産設備の一部流用が可能である上、生産性やコストといった実用面においても優れており量産する上でも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、扁平形電池の持つ電池サイズが小さく、かつ生産性に優れるという利点を維持したまま、重負荷放電時の放電容量が従来の電池に対し格段に大きくすることができるので、工業的価値の優れた扁平形非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】参考例１の扁平形非水電解質二次電池の断面図である。
【図２】比較例１の扁平形非水電解質二次電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の電池において、実際に電極群を作製、収納する方法については、電極の一部に通電部を設けた正極板および負極板を用意し、セパレータを介して正極板および負極板を積層する際に、正極板の通電部がセパレータの配置されている箇所よりも外側に露出し、負極板の通電部が、正極板の通電部が露出している位置に対向する位置において、セパレータの配置されている箇所よりも外側に露出する形で積層した後、正極は正極同士、負極は負極同士おのおのの通電部を溶接などの方法により電気的に接続し電極群を形成し、電池内に収納する方法が好ましい。正極板の通電部と負極板の通電部とを上記のように配置することで、コイン形やボタン形などの小さな扁平形非水電解質二次電池においても、正極板の通電部と負極板の通電部との接触による内部ショートを防止できる。
【００１８】
次に、電極群と外部端子を兼ねる電池金属ケースとの接続方法について説明する。前述したように、円筒形や角形などの比較的大きなリチウムイオン二次電池では電極群の中心部や巻き芯部にタブ端子を溶接してそれを曲げ加工して安全素子や封口ピンに溶接し集電を行っている。しかしながら、曲げ工程は工程自体が複雑なために生産性に劣る上、内部ショートを防止するため電池内に空間を持たせたり、電極群との間に絶縁板を挿入する必要があった。また、タブ端子を電極に溶接している部分に応力が加わるとセパレータを突き破ったり、電極の変形が起こるため絶縁テープで保護したり、巻き芯部に空間を設ける必要があり、電池の内容積を有効に使用することはできなかった。そのため、電池の内容積が小さなコイン形やボタン形の扁平形非水電解質二次電池ではこれらの集電方法は適用できず、新たな集電方法を考案する必要があった。
【００１９】
そこで、本発明者らは電極群の最外部に位置する正極板において、導電性を有する正極構成材を露出させ、電極群の最外部に位置する負極板において、導電性を有する負極構成材を露出させた形状を持つ電極群を作製し、おのおのの電極構成材を正極および負極の電池ケースに接触させることにより、電極群と電池ケースとの集電を確保することを見出した。この方法によれば、電極群と電池ケースとの間に無駄な空間や絶縁板を設ける必要もなく、放電容量を増やすことができる。また、電池ケースや電極とタブ端子がショートを起こすこともなく、安全性や信頼性も優れている。
【００２０】
更に、本発明のような封口構造を持つ扁平形電池では、電池ケースの加締め加工によって負極ケースと正極ケースの扁平面に対して垂直方向に応力が加わっており、本集電方法によると電極群の平面方向に均一な加圧力が加わり、充放電を円滑に行うことができる。なお、電極群の電極構成材露出部と電極ケースの接触は直接、接していてもよいし、金属箔や金属ネット、金属粉末、炭素フィラー、導電性塗料などを介して電気的に間接的に接していてもよい。
【００２１】
電極については正極板、負極板とも、従来の顆粒合剤の成形方式や金属ネットや発泡ニッケルなどの金属基板に合剤を充填する方法を用いてもよいが、肉薄電極の作製が行い易いという点で金属箔にスラリー状の合剤を塗布、乾燥したものがよく、さらにそれを圧延したものを用いることもできる。上記のような金属箔に作用物質を含む合剤層を塗工した電極を用いる場合は、電極群の内部に用いる電極は金属箔の両面に作用物質含有層を形成したものを用いることが、容積効率の上から好ましく、電極群の両端の電池ケースに接触する電極構成材露出部については作用物質含有層でも構わないが、接触抵抗を低減させるために電極構成材のうち、特に金属箔を露出させることが好ましい。これに関してはこの部分に限り片面にのみ作用物質含有層を形成した電極を用いてもよいし、一旦両面に作用物質含有層を形成した後、片面のみ作用物質含有層を除去してもよい。
【００２２】
一方、本発明の電池は電極を含めた電池の構造に主点をおいたものであり、正極作用物質については限定されるものではなく、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＴｉ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＦｅ２Ｏ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、Ｌｉ０．３３ＭｎＯ２、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの金属酸化物；フッ化黒鉛；ＦｅＳ２などの無機化合物；ポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物；など、あらゆるものが適用可能である。ただし、この中でも、作動電位が高くサイクル特性に優れるという点で、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムやそれらの混合物、それらの元素の一部を他の金属元素で置換したリチウム含有酸化物がより好ましく、長期間に亘り使用されることもある扁平形非水電解質二次電池においては、高容量で電解液や水分との反応性が低く化学的に安定であるという点で、コバルト酸リチウムがさらに好ましい。
【００２３】
また、本発明の電池の負極作用物質については限定されるものではなく、金属リチウム；Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｉｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｇｅ、Ｌｉ−Ｂｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどのリチウム合金；ポリアセン構造体などの有機化合物；リチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料；Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＴｉ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２やＬｉ含有珪素酸化物やＬｉ含有錫酸化物のような酸化物；Ｌｉ３Ｎのような窒化物；など、あらゆるものが適用可能であるが、サイクル特性に優れ、作動電位が低く、高容量であるという点で、Ｌｉを吸蔵、放出可能な炭素質材料が好ましく、特に放電末期においても電池作動電圧の低下が少ないという点で、天然黒鉛や人造黒鉛、膨張黒鉛、メソフェーズピッチ焼成体、メソフェーズピッチ繊維焼成体などの、ｄ００２の面間隔が０．３３８ｎｍ以下の黒鉛構造が発達した炭素質材料がより好ましい。
【００２４】
なお、これまで、本発明の電池について、主としてコイン形やボタン形などの電池総高に対して電池最外径が長い扁平形電池について説明したが、本発明電池はこれのみに限定するものではなく、小判形や角形などの特殊形状を有する扁平形電池も本発明の電池に包含される。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例および比較例について詳細に説明する。
【００２６】
（参考例１）
参考例１の電池の製造方法を図１の断面図を参照して説明する。
【００２７】
まず、ＬｉＣｏＯ２ １００質量部に対し、導電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデン５質量部を加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次に、この正極合剤を、正極集電体２ａである厚さ０．０２ｍｍのアルミニウム箔の片面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、アルミニウム箔表面に正極作用物質含有層２ｂを形成した。以後、作用物質含有層の塗膜厚さが０．３９ｍｍとなるまで塗工、乾燥を繰り返し、片面塗工正極板を作製した。次に、この片面塗工正極板と同様の方法によりアルミニウム箔の両面に正極作用物質含有層の塗膜厚さが片面当たり０．３９ｍｍとなるように両面塗工し正極板を作製した。
【００２８】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、それぞれ２．５質量部添加し、イオン交換水で希釈、混合してスラリー状の負極合剤を得た。この負極合剤を負極集電体４ａである厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層４ｂの厚さが０．３９ｍｍとなるように正極の場合と同様に塗工、乾燥を繰り返し実施し、片面塗工負極板を作製した。次に、この片面塗工負極板と同様の方法により銅箔の両面に負極作用物質含有層の塗膜厚さが片面当たり０．３９ｍｍとなるように両面塗工負極板を作製した。
【００２９】
これらの電極を幅１３ｍｍ、長さ１３ｍｍの正方形の一辺に幅６ｍｍ、長さ２ｍｍの張り出し部が付いた形状に切り出し、次にこの張り出し部に形成された作用物質含有層をこそげ落とし、アルミニウム層または銅層をむき出しとして通電部とし、幅１３ｍｍ、長さ１３ｍｍの作用物質含有層が形成された両面および片面塗工の正極板並びに負極板を作製した。
【００３０】
次に、片面塗工正極板の正極作用物質含有層形成部に、厚さ２５μｍのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介し両面塗工負極板を通電部が先の正極板と対向する位置に設置し、さらに、セパレータ３を介し、両面塗工正極板を通電部が先の正極板と同方向に向くように設置し、さらにセパレータ３を介し、このセパレータ面に負極作用物質含有層４ｂが接するように片面塗工負極板の通電部が先の負極板と同方向に向くように設置し、正極板の通電部および負極板の通電部をそれぞれ溶接して、電極群を作製した。
【００３１】
作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、開口径が２０ｍｍであり、開口面積が３．１４ｃｍ２である絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース５の内底面に、電極群の片面塗工負極板の未塗工側（すなわち、負極集電体４ａ）が接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた非水電解質を注液し、さらに電極群の片面塗工正極板の未塗工側（すなわち正極集電体２ａ）に接するようにステンレス製の正極ケース１を嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、封口して、厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの参考例１の扁平形非水電解質二次電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計３面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は５．１ｃｍ２である。
【００３２】
（実施例２）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．２２ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ２枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計５面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は８．５ｃｍ２である。
【００３３】
（実施例３）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．１５ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ３枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計７面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１１．８ｃｍ２である。
【００３４】
（実施例４）
電極群内の正極板および負極板の片面当たりの作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ０．１１ｍｍであり、かつ電極群中間部の両面塗工正極板および両面塗工負極板の積層枚数がそれぞれ４枚であること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計９面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１５．２ｃｍ２でである。
【００３５】
（比較例１）
ＬｉＣｏＯ２ １００質量部に対し導電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部と加え、結着剤としてポリ４フッ化エチレン５質量部を加え、混合後、粉砕して、顆粒状の正極合剤を得た。次にこの正極顆粒合剤を、直径１９ｍｍ、厚さ１．１５ｍｍに加圧成形を行い、正極タブレットとした。
【００３６】
次に黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてＳＢＲとＣＭＣとを、それぞれ２．５質量部を添加、混合し、乾燥後、さらに粉砕して顆粒状の負極合剤を得た。この負極顆粒合剤を、直径１９ｍｍ、厚さ１．１５ｍｍに加圧成形し、負極タブレットとした。
【００３７】
次に、これらの正負極タブレットを８５℃で１２ｈ乾燥した後、開口面積３．１４ｃｍ２の絶縁ガスケットを一体化した負極ケースに負極タブレット、ポリプロピレンからなる厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン不織布、正極タブレットの順に配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた非水電解質を注液し、さらにステンレス製の正極ケースを嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの比較例１の扁平形非水電解質二次電池を作製した。この電池のセパレータを介した正負極対向面の面数は１面であり、正負極の対向面積の総和は２．８ｃｍ２である。
【００３８】
（比較例２）
電極群内の正極板および負極板が片面塗工電極板のみであり、作用物質含有層の塗膜厚さがそれぞれ１．２４ｍｍであること以外は参考例１と同様に電池を作製した。この電池のセパレータを介した正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面の面数は計１面であり、正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積の総和は１．７ｃｍ２である。
【００３９】
以上の通り作製した本実施例、参考例および比較例の電池について、４．２Ｖ、３ｍＡの定電流定電圧で４８ｈ初充電を実施した。その後、３０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を実施し重負荷放電容量を求めた。その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１より明らかであるが、本実施例の各電池は比較例１の従来の顆粒合剤成形法により作製したタブレット状の電極を用いた正負極の対向面積がガスケットの開口面積よりも小さい電池や比較例２の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面が１面しかなく、対向面積が小さい電池に比べて、著しく重負荷放電時の放電容量が大きい。
【００４２】
なお、本発明の実施例では、非水電解質に非水溶媒を用いた扁平形非水溶媒二次電池を用いて説明したが、非水電解質にポリマー電解質を用いたポリマー二次電池や固体電解質を用いた固体電解質二次電池についても当然適用可能であり、樹脂製セパレータの代わりにポリマー薄膜や固体電解質膜を用いることも可能である。また、電池形状については正極ケースの加締め加工により封口するコイン形非水電解質をもとに説明したが、正負極電極を入れ替え、負極ケースの加締め加工により封口することも可能である。さらに、電池形状についても真円である必要はなく小判形や角形などの特殊形状を有する扁平形非水電解質二次電池においても適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 正極ケース
２ 正極
２ａ 正極集電体
２ｂ 正極作用物質含有層
３ セパレータ
４ 負極
４ａ 負極集電体
４ｂ 負極作用物質含有層
５ 負極ケース
６ 絶縁ガスケット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介して嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも正極板と負極板とがセパレータを介して多層積層されて対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、
前記正極板は、導電性を有する正極構成材の片面または両面に、正極作用物質を含有する作用物質含有層を有しており
前記負極板は、導電性を有する負極構成材の片面または両面に、負極作用物質を含有する作用物質含有層を有しており、
前記電極群は、前記正極板、前記負極板および前記セパレータが電池の扁平面に平行に積層されており、かつ前記セパレータを介して対向している前記正極板の作用物質含有層と前記負極板の作用物質含有層との対向面が少なくとも５面であり、
前記電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積が、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きいことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
【請求項２】
正極板における導電性を有する正極構成材および負極板における導電性を有する負極構成材が、金属箔である請求項１に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【請求項３】
正極板における金属箔がアルミニウム箔である請求項２に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【請求項４】
負極板における金属箔が銅箔である請求項２に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【請求項１】
負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介して嵌合され、さらに前記正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に、少なくとも正極板と負極板とがセパレータを介して多層積層されて対向配置している電極群を含む発電要素と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、
前記正極板は、導電性を有する正極構成材の片面または両面に、正極作用物質を含有する作用物質含有層を有しており
前記負極板は、導電性を有する負極構成材の片面または両面に、負極作用物質を含有する作用物質含有層を有しており、
前記電極群は、前記正極板、前記負極板および前記セパレータが電池の扁平面に平行に積層されており、かつ前記セパレータを介して対向している前記正極板の作用物質含有層と前記負極板の作用物質含有層との対向面が少なくとも５面であり、
前記電極群内の正極板の作用物質含有層と負極板の作用物質含有層との対向面積が、前記絶縁ガスケットの開口面積よりも大きいことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
【請求項２】
正極板における導電性を有する正極構成材および負極板における導電性を有する負極構成材が、金属箔である請求項１に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【請求項３】
正極板における金属箔がアルミニウム箔である請求項２に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【請求項４】
負極板における金属箔が銅箔である請求項２に記載の扁平形非水電解質二次電池。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１０３１２４（Ｐ２０１０−１０３１２４Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０２（Ｐ２０１０−４０２）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【分割の表示】特願平１１−２４０９６４の分割
【原出願日】平成１１年８月２７日（１９９９．８．２７）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【分割の表示】特願平１１−２４０９６４の分割
【原出願日】平成１１年８月２７日（１９９９．８．２７）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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